單片機(jī)電路的設(shè)計中需要注意的難點

單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)，和計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。

單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。

單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的核心元件，使用單片機(jī)的電路要復(fù)雜得多，但在更改和添加新功能時，帶有單片機(jī)的電路更加容易實現(xiàn)，這也正是電器設(shè)備使用單片機(jī)的原因。那么在單片機(jī)電路的設(shè)計中需要注意的難點有哪些？

一、單片機(jī)上拉電阻的選擇

大家可以看到復(fù)位電路中電阻R1=10k時RST是高電平 ，而當(dāng)R1=50時RST為低電平，很明顯R1=10k時是錯誤的，單片機(jī)一直處在復(fù)位狀態(tài)時根本無法工作。出現(xiàn)這樣的原因是由于RST引腳內(nèi)含三極管，即便在截止?fàn)顟B(tài)時也會有少量截止電流，當(dāng)R取的非常大時，微弱的截止電流通過就產(chǎn)生了高電平。

二、LED串聯(lián)電阻的計算問題

通常紅色貼片LED：電壓1.6V-2.4V，電流2-20mA，在2-5mA亮度有所變化，5mA以上亮度基本無變化。

三、端口出現(xiàn)不夠用的情況

這時可以借助擴(kuò)展芯片來實現(xiàn)，比如三八譯碼器74HC138來拓展。

四、濾波電容

濾波電容分為高頻濾波電容和低頻濾波電容。

1、高頻濾波電容一般用104容（0.1uF），目的是短路高頻分量，保護(hù)器件免受高頻干擾。普通的IC（集成）器件的電源與地之間都要加，去除高頻干擾（空氣靜電）。

2、低頻濾波電容一般用電解電容（100uF），目的是去除低頻紋波，存儲一部分能量，穩(wěn)定電源。大多接在電源接口處，大功率元器件旁邊，如：USB借口，步進(jìn)電機(jī)、1602背光顯示。耐壓值至少高于系統(tǒng)最高電壓的2倍。

五、三極管的作用

1、開關(guān)作用：

LEds6為高電平時截止，為低電平時導(dǎo)通。

限流電阻的計算：集電極電流為I，則基極電流為I/100（這里涉及到放大作用，集電極電流是基極的100倍），PN結(jié)電壓0.7V，R=(5-0.7)/(I/100)

2、放大作用：集電極電流是基極電流的100倍

3、電平轉(zhuǎn)換：

當(dāng)基極為高電平時，三極管導(dǎo)通，右側(cè)的導(dǎo)線接地為低電平，當(dāng)基極為低電平時，三極管截止，輸出高電平。

六、數(shù)碼管的相關(guān)問題

數(shù)碼管點亮形成的數(shù)字由a,b,c,d,e,f,e,dp(小數(shù)點）構(gòu)成，字模及真值表如上圖。

七、電流電壓驅(qū)動問題

由于單片機(jī)輸出有限，當(dāng)負(fù)載很多的時候需要另外加驅(qū)動芯片 ，比如74HC245。

八、上拉電阻

上拉電阻選取原則

1、從節(jié)約功耗及芯片灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大；電阻大，電流小。

2、從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠?。浑娮栊?，電流大。

3、對于高速電路，過大的上拉電阻可能會導(dǎo)致邊沿變平緩。

綜合考慮：上拉電阻常用值在1K到10K之間選取，下拉同理。

上下拉電阻，上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平，下拉同理。

1、電平轉(zhuǎn)換，提高輸出電平參數(shù)值。

2、OC門必須加上拉電阻才能使用。

3、加大普通IO引腳驅(qū)動能力。

4、懸空引腳上下拉抗干擾。

九、晶振和復(fù)位電路

晶振電路

1、晶振選擇：

根據(jù)實際系統(tǒng)需求選擇，6M，12M，11.0592M，20M等待。

2、負(fù)載電容：

對地接2個10到30pF的電容即可，常用20pF。

3、萬用表測晶振：

直接用紅表筆對晶振引腳，黑表筆接GND，測量電壓即可。復(fù)位電路

把單片機(jī)內(nèi)部電路設(shè)置成為一個確定的狀態(tài)，所有的寄存器初始化。

51單片機(jī)的復(fù)位時間大約在2個機(jī)械周期左右，具體需要看芯片數(shù)據(jù)手冊。

一般通過復(fù)位芯片或者復(fù)位電路，具體的阻容參數(shù)的計算，通過google查找。

十、按鍵抖動及消除

按鍵也是機(jī)械裝置，在按下或放開的一瞬間會產(chǎn)生抖動，如下圖：

消除方法有兩種：軟件除抖和硬件除抖，其中硬件除抖是應(yīng)用了電容對高頻信號短路的原理。

軟件除抖是檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，產(chǎn)生5ms～10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。

審核編輯：湯梓紅